冻成冰块过冬
木蛙
冬天来了,我们添上了厚厚的衣裳,屋子里还有取暖设备,让我们可以舒服地过冬。那生活在野外的动物们又该怎么过冬呢?有的动物会从寒冷的北方迁徙到温暖的南方,还有一些会选择睡过去,这种通过长时间睡觉来度过寒冬的行为,就叫做冬眠。
有冬眠行为的通常是一些变温动物,比如蛇、龟,它们的体温不像我们的那样处于基本恒定状态,而是会随环境的变化而变化。除了我们人类,哺乳动物和鸟类的体温也是基本不变的,因此被称为恒温动物。不过,哺乳动物和鸟类中也有冬眠动物,比如松鼠、刺猬和猫头鹰。它们在冬眠之前会开始囤积食物,把自己吃得圆滚滚,然后窝在洞穴里呼呼大睡,在睡觉的时候它们呼吸和心跳速率会减慢,身体里储备的能量也消耗得很慢,这样就不用每天起来吃东西了。
神奇的是,有一种动物在冬眠时甚至连呼吸、心跳都停止了,看起来就像被冻死了,但一到春天,它们也会像其他冬眠动物一样苏醒过来。这种具有超强耐冻能力的动物就是其貌不扬的木蛙(Lithobates sylvaticus)。它们的长相可能和我们平常见到的蛙差不多,棕褐色的身体、白色或略发绿的腹部。它们的身上的纹理五花八门,不过你可以通过它们“侧脸”(从鼓膜到前肢)上的黑色斑块以及上唇的白色条纹认出它们。
木蛙的家在北美洲的树林,甚至北到北极圈以内的冻原,那里的冬天不仅很冷还很漫长。当气温下降到零度以下,环境中的水就会开始结冰,木蛙的身体也不例外,它们会被封冻长达7个月。对于大多数动物,身体被冻住是件非常危险的事,因为细胞中的结晶会对其造成破坏,还可能危及生命。木蛙虽然无法阻止自己被冻上,但是却为身体细胞准备了保护伞——防冻剂。这并不是什么特殊的化学物质,而是大多数动物血液中都含有的葡萄糖,正是这种糖为我们的身体提供能量。当木蛙的皮肤下开始形成冰晶,就会刺激身体变成一个高效的葡萄糖“制造机”,而肝脏里的糖原就是原料,它们被分解成葡萄糖积累在血液和细胞中,这样一来,即使身体组织之间的液体被冻上,细胞也很安全。进入深度休眠状态的木蛙体温会降零度以下,一半以上的身体都被冻住,呼吸、心跳、大脑活动和血液流动也通通停止,仿佛将时间一起封冻。但这个看似已经失去生命的木蛙“冰棍”在来年春天,冰雪消融、万物复苏时,又会“重获新生”。
看了木蛙的冰冻特技,小朋友们可能会打算开心地放开吃糖果——冬天这么冷,多吃点糖不就可以像木蛙那样抗冻了?并不是这样的!首先,我们身体里的葡萄糖并不完全来自所吃的糖果或白砂糖,你吃的米饭、果蔬以及肉类中的物质也可以转化为葡萄糖。更关键的是,人类的身体还没有进化出像木蛙那样的技能,摄入过多糖分,只会被身体储存起来变成脂肪,让你变胖,引起各种健康问题。不过,木蛙这种冬眠的方式的确对人类很有启发,比如在医学上应用于对人体器官的低温保存,让病人可以顺利进行器官移植,从而有更大几率存活下来。在未来,我们或许还能通过模拟木蛙的休眠状态进行漫长的星际旅行呢!
参考资料:
http://www.biokids.umich.edu/critters/Lithobates_sylvaticus/
https://io9.gizmodo.com/which-animal-hibernates-the-longest-1571830549
https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/lithobates
作者:Mirror
审稿:邢立达,中国地质大学(北京)地球科学与资源学院教授